基于HyperWorks的某重卡副簧支架輕量化設計

邢國棟，李海波（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

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基于HyperWorks的某重卡副簧支架輕量化設計

邢國棟，李海波
（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

采用CATIA三維軟件建模，運用HyperWorks對零部件進行有限元分析，對某重型載貨車副簧支架進行應力分析，得出分析結果，從分析結果得出可優化部位，在不影響支架可靠性的前提下，實現該支架的輕量化設計。

副簧支架；CATIA；HyperWorks；有限元分析；輕量化設計

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.037

CLC NO.: U465Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)08-117-02

引言

采用主副簧結構的板簧懸架，在載重量較小時，只有主簧起承載作用，副簧不起作用；當載重量增加的一定程度后，由于副簧與副簧支架接觸，從而使主簧與副簧同時作用，增加懸架的承載能力。在保證載貨車承載能力及可靠性的前提下，對產品進行輕量化設計，可以減少整車自重，從而實現整車載重量增加。對已有產品進行有限元分析，可以在保證可靠性的前提下，實現零部件的輕量化設計。另外在零部件設計初期，對零部件進行有限元分析，成本較低且大大縮短設計周期。

1、使用狀況

副簧支架的裝配示意圖如下，該件裝配在車架縱梁腹面上，通過M14的螺栓固定，車輛滿載時，該件與副簧相接觸，使副簧產生變形，從而增大板簧剛度，提高整車的承載能力。

2、受力分析

車架空載時，該副簧支架通過4個M14的螺栓安裝在車架上，承受螺栓的預緊力，此時該副簧支架未與板簧接觸，沒有受到來自板簧的力；車輛滿載時，支架與副簧接觸，額外承受來自板簧的力。

2.1M14螺栓的預緊力

該副簧支架承受螺栓預緊力，產生內應力。

該處螺栓的預緊力矩為T：170N.m，根據螺栓的受力計算可得，螺栓的預緊力為Fx，由下式計算：

由螺栓的緊固力矩的計算公式可得螺栓的預緊力為 F=44471N。

其中：P為螺距1.5mm；

d2為螺栓的螺紋中徑取d2min=13mm；

Dkm螺母的等效半徑為22.5mm；

摩擦系數μG和μk定為0.2。

2.2副簧傳遞給該件的力

車輛空載時，副簧的弧高為 77mm；當車輛處在極限工況下，副簧弧高變為-4mm，副簧撓度變化77mm，副簧剛度為456N/mm，計算可得單副簧支架受力為456*77/2=17556N。

3、原件CAE分析

3.1分析過程

該件為對稱模型，因此取模型一半進行分析，以減少計算量。

該模型共由四個子件構成：支架模型、車架模型、板簧模型和螺栓模型。其中支架模型采用C3D10M進行離散，車架模型、板簧模型和螺栓模型采用C4D8I進行離散。除螺栓和車架接觸面處采用接觸來模擬，其余的接觸面采用Tie來模擬。固定車架一端，在螺栓處添加44471N預緊力，板簧上施加8778N力。

3.2工況加載

固定車架一端，模型對稱面施加對稱約束，螺栓模型施加44471N預緊力，在板簧上施加8778N力。

對各零部件進行網格劃分，定義各零部件材料屬性，然后施加約束條件及載荷。

運用RADIOSS求解器進行仿真分析，獲得下圖的應力分布圖。

3.3應力云圖

3.4結果分析

從應力云圖中可以看出，去除螺栓孔處不準確的應力，該副簧支架共有兩個應力分析點 a點、b點，應力分別為89.4MPa及105.3MPa，該件所用材料為QT450-10，屈服強度為450MPa；從以上參數可得，該副簧支架安全系數在2.9以上，可以滿足使用要求。

4、優化件CAE分析

優化件為在原來基礎上對零部件結構及厚度進行優化，重量相對于原來件有所減輕。

4.1應力云圖

分析過程及工況加載同原件CAE分析，應力云圖如下圖：

4.2結果分析

從應力云圖中可以看出，去除螺栓孔處不準確的應力，兩個應力分析點a點、b點處應力分別為81.2MPa及100MPa，優化后所用材料仍然為QT450-10；從以上參數可知，該件安全系數在3.2以上，相較于原來件安全系數更高。

5、結構優化分析結果

表1　

從對比分析中可以看出，優化前零部件重量為5.92kg，優化后零部件重量為3.96，優化后零部件重量相對于原來件少了約33%，且安全系數相對于原來零部件有所增加。

6、結論

本文通過Altair HyperWorks12.0對原副簧支架及優化后支架進行了靜強度有限元分析，分別得到了兩種狀態支架在模擬載荷試驗下的應力分布云圖。通過對比分析得出，優化后支架不僅在原支架基礎上重量有所減輕，可靠性也有所提高。

[1]陳家瑞，汽車構造[M].北京：機械工業出版社，2001.

[2]邵林，空氣懸架推力桿支架的拓 撲優化設計.陜西：2012.

[3]Altair Engineering，Hyperworks 12.0 Help.

Lightweight Desigan of A Heavy Truck Leaf Spring Bracket Based on HyperWorks

Xing Guodong,Li Haibo
(Anhui Jiang Huai Automobile Corp,Anhui Hefei 230601)

Using CATIA 3D modeling software,using HyperWorks for parts of finite element analysis and for heavy-duty truck leaf spring bracket stress analysis.The analysis results from the analysis results that can optimize the site,under the premise of not affecting the reliability of support to achieve lightweight design of the bracket.

Leaf Spring Bracket; CATIA; HyperWorks; Finite Element Analysis; lightweight design

U465

A

1671-7988（2016）08-117-02

邢國棟（1988-），男，工程師，就職于安徽江淮汽車股份有限公司技術中心重型商用車院，從事底盤懸架的設計。